低温压力容器.ppt

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1、低温压力容器低温压力容器大连中集重化装备有限公司技术部张利伟2009-05-20低温压力容器主要内容前言低温脆性断裂钢材的低温韧性影响低温韧性的因素低温压力容器的设计温度低温冲击试验要求低温压力容器用材料低温压力容器的结构设计特点低温压力容器制造检验特点1.前言在低温条件下工作的压力容器称为低温压力容器。在目前的工业装置中，气体的液化、分离以及液化气体的生产、贮运和应用日趋普遍，低温技术的发展促进了各种低温压力容器的运用。例如：液氢装置-253℃液态空气及其他气体的制取-196℃乙烯装置深冷分离中脱甲烷系统-160℃乙烯低温存贮-104℃石油精练中二氧

2、化硫脱蜡-60℃液态乙烯存贮-40℃低温压力容器是指在一定的低温环境下容易产生低应力脆性破坏的压力容器。GB150-1998《钢制压力容器》规定低温压力容器是指设计温度低于或等于一20℃的压力容器。1.前言由于环境低温或介质低温的影响，随着使用温度的降低压力容器可能发生脆性破坏，脆性破坏前容器结构不出现或是只有局部的极小塑性变形，而在结构的大范围内没有宏观的整体屈服迹象或其他明显征兆，因此这种脆性破坏会造成出奇不意的极大危害。所以在选材、试验方法和制造等方面均要采取措施，防止低温脆性断裂事故发生,保证设备的安全使用。容器的低温脆性破坏取决于容器材料（包

3、括焊接材料）、结构设计和制造工艺检验三个方面的综合因素。因此各国压力容器标准规范都有专章针对以上三个方面对低温压力容器的建造制定了专门的技术要求，由于各国在钢材的冶炼生产水平、设计经验以及制造加工工艺和检验等方面的水平不同，各国规范对低温压力容器的建造要求也不同，在按规范设计，即所谓常规设计的压力容器标准规范中，对于划分低温压力容器的设计温度界限也有出入。1.前言例如：中国GB150≤-20℃日本JISB8270＜-10℃英国PD5500＜0℃德国AD＜-10℃低温压力容器的设计、制造、检验、验收不仅要满足一般常规压力容器的要求外，还要满足低温压力容器

4、的特殊要求。例如：我国的GB150附录C、GB151附录A以及HG20585《钢制低温压力容器技术规定》专门针对低温容器提出了其特殊的要求。2.低温脆性断裂2.1低温脆性断裂的基本特征(1)低温脆断事故的发生总是与结构、材料的使用温度降低密切连系在一起的，当然不同材料的低温脆断发生在各自不同的低温范围内。(2)低温脆断破坏时的材料其塑性很低，韧性很差，材料处于脆性状态，在压力的作用下，很容易断裂，故称为低温脆性断裂。(3)低温脆断破坏时，结构元件内部的应力水平很低，通常低于材料的屈服强度，甚至低于材料的设计应力(材料的许用应力)，所以也可称为低应力脆性

5、断裂。(4)结构低温脆断的起始点(裂纹源)往往是材料或制造的缺陷处或结构的几何形状突变处或其他应力集中处，破坏几乎没有宏观的塑性变形。(5)材料的脆断断口无明显塑性变形，呈脆性的平断口(正断)，断口形貌是光亮的结晶状。2.低温脆性断裂(6)在远离脆断断裂面位置的结构，材料仍然具有原设计要求的材料强度和塑性。2.2低温脆性断裂机理2.2.1韧性韧性是金属在断裂前吸收变形能量的能力。金属材料的韧性是材料的强度与塑性的综合力学性能，韧性可以用来衡量材料的抗裂纹扩展能力，表征材料对断裂的抵抗能力。对于铝、铜一类的塑性材料，其晶粒结构能够使其在裂纹尖端处局部屈服

6、而终止裂纹的扩展，因此只有材料强度与塑性的最佳配合才能是最大韧性的材料。钢材的韧性随着加载速度的提高，温度的降低和应力集中程度的加剧而降低，钢材的韧性问题在本质上说就是关于防止断裂的问题。2.低温脆性断裂2.2.2断裂根据材料在断裂前其塑性变形的大小，断裂可以分为脆性断裂和韧性断裂。(1)脆性断裂:断裂时没确明显的塑性变形，吸收能量小，断口形貌为晶粒开裂破坏的有光泽的断口。(2)韧性断裂:断裂时有明显的塑性变形，吸收能量大，断口形貌为纤维状剪断破坏的灰暗无光泽断口。2.2.3钢材的冷脆性能一般的碳素钢和低合金钢具有体心立方晶格结构，其晶体结构的本质恃性

7、决定了这种材料随着温度的降低其强度增加而塑性降低，即韧性降低，这类金属材料在温度降低时(一般指在100℃～-100℃范围内)所表现的韧性急剧下降的现象称为冷脆。在温度高于某特定温度时，材料处于韧性状态，在断裂时表现为韧性断裂，而低于该温度时，则材料处于脆性状态，在断裂时表现为脆性断裂，这一温度称为冷脆转变温度，也称韧脆转变温度。3.钢材的低温韧性大部分国家将低温容器的设计重点放在选材上，并在制造、结构上加以某些限制。用于低温使用条件下的钢材，除了应满足压力容器对一般材料的基本要求以外(指足够的强度，稳定的组织，良好的加工性能和焊接性能，以及其他必要的物

8、理性能)，还必须要求钢材能具有尽量低的韧脆转变温度和足够的低温韧性。即是说钢材的使用温度必须足